Теориялық бөлім

Оксид металдың қатты көміртекпен қалпына келу реакциясы былай жүреді:

МеО + С = Ме + СО₂

Бұл реакцияны екі жеке реакциялы нәтижелілік ретінде қарастырады:

1. Ме + СО = Ме + СО₂

2. СО₂ + С = 2СО

3. МеО + С = Ме + СО

Әрбір жеке реакциялар (1) мен (2) газдық фазадан тұратын сол компоненттерден СО мен СО₂ системаны жалпы тепе-теңдік шартымен, яғни тепе-теңдік реакция (3) шартымен, (1) мен (2) реакциясы СО-СО₂ бірдей құрамдар тепе-теңдік газдық қоспасы болып табылады.

СО-СО₂ тепе-теңдік құрам газдық қоспасы реакцияда температура арқылы өзгереді, ал реакция (2) системада тағы жалпы қысым өзгеруінен болады. Ме, МеО мен С қатты фазаны көрсететін жағдайда системада ерітінді пайда болмайды, тепе-теңдік реакциясы (3) бір дәрежелі бос болып мінезделеді. Осы температура өз атауын оксид металдың қатты көміртекпен бастапқы қалпына келуінен алады. Реакцияның (3) дамуы металлдың қалпына келуі үшін, егер фактілік температура металл оксид көміртегінің бастапқы қалпына келу температурасынан жоғары болғанда: Т>Т_н.в..

Сурет. 1. Жеке реакциялар үшін газдық фазаның бірдей құрамдары оксид металлдың қатты көміртегімен бастапқы қалпына келу температурасын анықтау схемасы

Оксид металлдың қатты көміртегімен бастапқы қалпына келу температурасын анықтаудың екі жолы бар.

Біріншісі, СО-СО₂ газдық қоспа тепе-теңдік құрамына тәуелді болуын анықтайды, реакция (1) мен (2) температура функциясы мен аналитикалық жолмен температураның мәнін табады, соған орай тепе-теңдік газдық фаза осы екі реакцияға бірдей құрам береді.Осы температура оксид металлдың қатты көміртегімен Т_н.в. бастапқы қалпына келу температурасы болып есептеледі.

1.Суретте Т_н.в. жолмен анықталуы схемада көрсетілген. Реакция (1) мен (2) үшін тепе-теңдік газдық фазаның бірдей құрамдағы Т_н.в. –ның табылуы үйілуді (громоздким) көрсетеді.

Екінші есептеуде оксид металлдың көміртегімен Т_н.в. бастапқы қалпына келу температурасы оттегі металлдың химиялық амалмен қалпына келуі мен оттегінің көміртекпен химиялық амалы бірдей болып келу температурасына сәйкес болады.

Осы шартқа: а_Ме=1, а_МеО=1 Р=10⁵ Па, металл мен көміртектің оттегі химиялық амалы ∆G^º шамасымен білім реакциясымен бағаланады.

2Ме +О₂ = 2МеО ∆G^º_МеО

2С + О₂ = 2СО ∆G^º_С/СО

Теңдік тәуелділігі ∆G^º көрсетілген реакцияның температураға байланысты түрлері:

∆G^º_МеО = М₁ + N₁T

∆G^º_С/СО = M₂ +N₂T

Сурет 2. Оксид металлдың көміртекпен бастапқы қалпына келу температурасын оттегіге металл мен көміртектің химиялық амалымен анықтау схемасы

2 суретінде ∆G^º_МеО мен ∆G^º_С/СО температураға тәуелділік және Т_н.в. анықтау схемасы көрсетілген. Мына 2 суретте бірдей мағына беретін, оттегіге металл мен көміртектің химиялық амалы ∆G^º_МеО мен ∆G^º_С/СО сызықтары белгілі бір температурада қиылысады:

∆G^º_МеО =∆G^º_С/СО

Осы температура бастапқы қалпына келу оксид металлдың қатты көміртегі Т_н.в. температурасына сәйкес келеді.

∆G^º_МеО мен ∆G^º_С/СО тәуелділік температурасының оң жағын теңестіру арқылы аналитикалық жолмен температураның бастапқы қалпына келу оксид металлдың көміртегімен табуға болады:

М₁ + N₁T = M₂ +N₂T

Онда,

Т_н.в.=

Реакцияға сәйкес тәуелділік температурасы ∆G^º - М₁, М₂, N₁ және N₂ мағына коэффициентін таблицадан алуға болады. ∆G^º реакциясының пайда болуын МеО мен Ме теңестіру үшін О₂ 1мольдық есебінде жазылуы тиіс. ∆G^º тәуелділік температурасының мағына коэффициентімен теңестірілуі металл мен оксидтің фазалы және полиморфты айналуына өзгереді. Сондықтан температуралық интервалға сәйкес М мен N мағына коэффициентін есептерде алу керек. Берілген оксидтердің бастапқы қалпына келу температурасының мағынасын графикалық жолмен анықтау үшін, 3 суретте, кейбір металлдардың температураға тәуелділігі ∆G^º_МеО мен ∆G^º_С/СО келтірілген.